建筑材料第一二章

建筑材料第一二章1*第1页，课件共49页，创作于2023年2月本课程的任务：以掌握常用建筑材料性能为核心的基本知识进行教学，为其合理应用打下基础。本课程的主要内容：工业与民用建筑中常用建材及制品的品种、规格、性能及应用，材料的组成、结构和构造与性能的关系，主要建材及制品的原材料和生产工艺对性能的影响，节约材料、改善性能及防护处理的有关措施，材料的质量标准和检验方法等。2*第2页，课件共49页，创作于2023年2月第一章建筑材料的基本性质要求掌握各项性质的含义,影响(导致)这些性质的因素,它们彼此间的关系,并能联系工程中的应用去加深理解.

第一节几项最基本的物理参数一材料的密度(一)密度材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：

式中：ρ—密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的质量，g或kg

V—材料的绝对密实体积，cm3或m3

测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。3*第3页，课件共49页，创作于2023年2月二

(二)材料的表观密度

表观密度（俗称“容重”）是指材料在自然状态下单位体积的质量。

按下式计算：

式中 ρ0—材料的表观密度,g/cm3或kg/m3

3 m—材料的质量，g或kg

V0—材料的表观体积，cm3

或m34*第4页，课件共49页，创作于2023年2月材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关5*第5页，课件共49页，创作于2023年2月(三)材料的堆积密度

堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。

按下式计算：

式中 ρ0，—材料的堆积密度,g/cm3或kg/m3

m—材料的质量，g或kg

V0，—材料的堆积体积，cm3或m36*第6页，课件共49页，创作于2023年2月二孔隙率和密实度材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：V—材料的绝对密实体积，cm3或m3V0—材料的表观体积，cm3或m3ρ0—材料的表观密度,g/cm3或kg/m3ρ—密度,g/cm3或kg/m3

7*第7页，课件共49页，创作于2023年2月粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。

在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。8*第8页，课件共49页，创作于2023年2月密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密实度的计算式如下：

对于绝对密实材料，因ρ0=ρ，故密实度D=1或100%。对于大多数土木工程材料，因ρ0〈

ρ，故密实度D‹1或D

‹

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表观密度9*第9页，课件共49页，创作于2023年2月三空隙率和填充度空隙率是指散粒材料在其堆集体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P，按下式计算：

式中V0/V0’即填充度

ρ0—材料的表观密度;ρ0，—材料的堆积密度空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。10*第10页，课件共49页，创作于2023年2月第二节材料的力学性质1.材料的强度

材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。

11*第11页，课件共49页，创作于2023年2月根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。材料的抗拉、抗压、抗剪强度的计算式如下：

式中 f------材料强度，MPa

P--材料破坏时的荷载，N

A------试件受力面积，mm212*第12页，课件共49页，创作于2023年2月材料的抗弯强度与受力情况有关，一般试验方法是将条形试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：式中 ff----材料的抗弯强度，MPa

P---材料受弯破坏时的荷载，N

L------两支点的间距，mm

b、h---试件横截面的宽及高，mm

13*第13页，课件共49页，创作于2023年2月二变形性质材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。14*第14页，课件共49页，创作于2023年2月材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。

材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大能量而不破坏的性能，称为韧性或冲击韧性。15*第15页，课件共49页，创作于2023年2月第三节材料与水有关的性质

一

吸水性和吸湿性(一)材料的吸水性

材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。有质量吸水率和体积吸水率两种

1.质量吸水率

质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以ｗm表示。质量吸水率ｗm的计算公式为：

16*第16页，课件共49页，创作于2023年2月

式中m1——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg）

m——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。

2.体积吸水率

体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WＶ表示。体积吸水率WＶ的计算公式为：

17*第17页，课件共49页，创作于2023年2月

式中 m1——材料吸水饱和状态下的质量（ｇ或kg）

m——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。

V0—材料在自然状态下的体积，（cm3

或m3）

ρW—水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常温下取ρw=1.0g/cm3

18*第18页，课件共49页，创作于2023年2月材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就越大.孔隙率大，具有微细、连通、开口空隙的材料,吸水性才是最强的.材料在吸水后,原有的许多性能会发生改变,如强度降低,表观密度加大,保温性变差等.甚至有的因吸水发生化学反应而变质.19*第19页，课件共49页，创作于2023年2月(二)材料的吸湿性

材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。20*第20页，课件共49页，创作于2023年2月材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以Ｗˊ表示，其计算公式为：

式中m1——材料吸湿状态下的质量（ｇ或kg）

m——材料在干燥状态下的质量（ｇ或kg）。

显然，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。21*第21页，课件共49页，创作于2023年2月二耐水性、抗渗性和抗冻性(一)耐水性

材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数K式中K——材料的软化系数

f1—材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。

f—材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）

软化系数的波动范围在0至1之间。接近于1的说明耐水性好,通常认为,ＫＲ＞0.8的材料,就具备了相当的耐水性.处于水中和高湿度下的材料尤其要考虑材料的耐水性.22*第22页，课件共49页，创作于2023年2月(二)材料的抗渗性

抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。通常用抗渗等级提出.材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。

23*第23页，课件共49页，创作于2023年2月(三)抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。

材料的抗冻等级可分为Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。

24*第24页，课件共49页，创作于2023年2月第四节材料的热物理性质

一.导热性与热阻(一)导热性当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数λ表示。导热系数的定义和计算式如下所示：25*第25页，课件共49页，创作于2023年2月式中

λ——导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；

Ｑ－传导的热量，Ｊ

a—材料厚度，ｍ；

A——热传导面积，m2

Ｚ一热传导时间，h；

（t2-t1）－材料两面温度差,K导热系数越小的材料,说明它的导热能力越低,即保温隔热的性能越好.26*第26页，课件共49页，创作于2023年2月(二)热阻热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力，热阻的定义及计算式

为：

Ｒ＝a/λ式中Ｒ——材料层热阻，（m2·K）/W；

a——材料层厚度，ｍ；

λ——材料的导热系数，Ｗ／(ｍ·K)

热阻的倒数１／Ｒ称为材料层（墙体或其它围护结构）的传热系数。传热系数是指材料两面温度差为1Ｋ时，在单位时间内通过单位面积的热量。

导热系数是评价材料保温性能的首要指标.27*第27页，课件共49页，创作于2023年2月二.热容性与均温性(一)比热单位质量材料温度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的热量称为比热。比热的计算式如下所示：式中

C---材料的比热，J/（g·K）

Q--材料吸收或放出的热量(热容量)

m---材料质量，g

（t1–t2）--材料受热或冷却前后的温差，K28*第28页，课件共49页，创作于2023年2月材料的比热是判别其热容性日指标,也是衡量材料储蓄热量能力的重要因子.注重采用高热容量的材料,对保持建筑物内部温度稳定有很大意义.(二)导温系数指材料在冷却或加热过程中,各点达到同样温度的速度,表征材料的均稳能力,亦即传热量的快慢程度.用公式表示为:29*第29页，课件共49页，创作于2023年2月式中a—材料的导温系数,㎡/s

λ--材料的导热系数,W/(m.K)c---材料的比热,J/kg.K)

ρ0---材料的表观密度kg/m3均温性差即导温系数低的脆性材料,特别是处于大面积或大体积使用时,会因产生达到温差应力而招致破坏.30*第30页，课件共49页，创作于2023年2月三.热变形性材料的热变形性,是指材料处于温度变化时导致原有长度或体积发生的改变量,主要包括膨胀或收缩的量值.由于同一材质、同一体形的材料,因温度所引起的热胀或冷缩,在单位温度下,其绝对值是相等的,所以热膨胀系数作为热变形性的指标.材料的热膨胀系数,是在单位温度下,材料因温度变化发生胀、缩量的比率,多以长度计,或以体积计.表达式如下:(公式字母的意义见教材P11页)

或31*第31页，课件共49页，创作于2023年2月第五节材料的耐久性

材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。

材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。例如处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。32*第32页，课件共49页，创作于2023年2月物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑材料要具有耐热性能。在民用和公共建筑中，考虑安全防火要求，须选用具有抗火性能的难燃或不燃的材料。33*第33页，课件共49页，创作于2023年2月化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。要根据材料的特点和所处环境的条件,采取相应的措施,确保工程所需要的耐久性.34*第34页，课件共49页，创作于2023年2月小结详见教材P12作业:P12页12题全做35*第35页，课件共49页，创作于2023年2月第二章气硬性无机胶凝材料概念:只能在空气中硬化、保持或继续发展强度的无机胶凝材料称为气硬性无机胶凝材料第一节石灰一.石灰的烧制与品质的关系天然碳酸岩类岩石——（石灰石、白云石）经高温煅烧，其主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：36*第36页，课件共49页，创作于2023年2月37*第37页，课件共49页，创作于2023年2月二.石灰的熟化与硬化1.石灰的熟化和“陈伏”工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰—氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”：

生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。38*第38页，课件共49页，创作于2023年2月第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。39*第39页，课件共49页，创作于2023年2月为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。2.石灰的硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：（１）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（２）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：40*第40页，课件共49页，创作于2023年2月

碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。

41*第41页，课件共49页，创作于2023年2月三.石灰的标准与检测按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见：JC/T479-1992建筑生石灰（P15表2-1）、JC/T480-1992建筑生石灰粉(P15表2-2）JC/T481-1992建筑消石灰粉(P16表2-3）钙质生石灰MgO≤5%；钙质消石灰粉MgO≤4%

镁质生石灰MgO﹥5%；镁质消石灰粉MgO﹥4%(表2-4)42*第42页，课件共49页，创作于2023年2月四.石灰的应用及贮运主要有三个途径:一是工程现场直接使用,如配制石灰土和石灰沙浆;二是作为某些保温材料无熟料水泥的重要组成材料;三是制造石灰炭化制品和硅酸盐制品的主要材料.将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。43*第43页，课件共49页，创作于2023年2月石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。44*第44页，课件共49页，创作于2023年2月石灰